CN108303690A - 一种消除激光雷达盲区的测距方法及测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种消除激光雷达盲区的测距方法及系统，方法包括：发射模块发射用于测距的发射信号后，接收模块接收反射回来的各个反射信号；判断接收到各个反射信号所需的时间值t以及检测各个反射信号的电压值V；若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号；基于识别出的目标物反射信号计算出目标物的距离。本发明在测距时可以消除激光雷达盲区的影响。

Description

一种消除激光雷达盲区的测距方法及测距系统
技术领域
本发明属于带有防护罩的激光雷达测距技术领域，尤其涉及一种能够消除激光雷达中防护罩导致的盲区的测距方法及测距系统。
背景技术
一般的激光雷达具有近处盲区，例如激光雷达的最大量程是M米，而在距离激光雷达n(n<M)米以内的目标是探测不到的，这样就存在n米的盲区。
盲区的存在具有多方面的原因，例如：(1)系统设计本身存在缺陷而产生的盲区；(2)激光雷达系统处理速度慢，从发出激光信号到能够接收有效回波的延迟太长而导致近距离无法探测，因而导致的盲区；(3)在激光雷达有防护罩的情况下，激光雷达发出的激光信号在防护罩上产生反射，包括漫反射和镜面反射，反射光进入接收模块，接收模块收到该信号后无法区分近处的有效目标上反射的有效回波信号，因而导致的盲区。
因此，如何消除激光雷达的盲区一直是激光雷达研究领域的重点问题之一。
发明内容
本发明的目的在于至少解决上述第(3)中防护罩漫反射导致盲区的问题，公开一种消除激光雷达盲区的测距方法及测距系统。
本发明公开的一种消除激光雷达盲区的测距方法，用于具有防护罩的激光雷达，所述激光雷达具有发射模块和接收模块，包括：
发射模块发射用于测距的发射信号后，接收模块接收反射回来的各个反射信号；
判断接收到各个反射信号所需的时间值t以及检测各个反射信号的电压值V；若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号；
其中，T为预置门限时间值，且T≥t1+t2，t2为出厂测试得到的防护罩的最大漫反射信号的时间宽度，t1为所述最大漫反射信号的起点与对应发射信号的起点之间的延时时间；Thr_mask为第一预置门限电压值，Thr_target为第二预置门限电压值，且Thr_target<Thr_mask，Vmax1<Thr_mask<Vmax2，Vmax1为所述最大漫反射信号的电压值，Vmax2为出厂测试得到的防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值；
基于识别出的目标物反射信号计算出目标物的距离。
进一步的，若不满足：t<T且V>Thr_mask,且不满足：t>T且V>Thr_target，则将对应的反射信号滤除。
进一步的，所述防护罩经过表面光滑处理、涂层处理以及夹角处理；所述涂层处理使防护罩仅供预定波长的激光信号透射，所述夹角处理使防护罩的镜面反射信号落在接收模块的视野之外，以解决防护罩的镜面反射导致盲区的问题。
进一步的，所述最大漫反射信号的电压值Vmax1的确定如下：
在出厂测试时进行漫反射测试，发射模块发射用于测距的发射信号，接收模块接收反射回来的各个反射信号；
从各个反射信号中检测出由防护罩产生的最大漫反射信号，并得到其电压值Vmax1。
进一步的，防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值Vmax2的确定如下：
在出厂测试时进行强反射测试，在防护罩外部发射光路上紧贴防护罩处放置一高反射率测试物；
发射模块发射用于测距的发射信号，接收模块接收反射回来的各个反射信号；
从各个反射信号中检测出由所述高反射率测试物产生的最大反射信号，并得到其电压值Vmax2。
本发明相应公开的一种消除激光雷达盲区的测距系统，包括发射模块、接收模块、光电转换器、模数转换器、数字信号处理器以及防护罩；
发射模块发射预定波长激光作为发射信号；
接收模块接收反射回来的各个预定波长的反射信号，并输入光电转换器；
光电转换器将反射信号由光信号转为模拟电信号，并输入模数转换器；
模数转换器将模块电信号转换为数字信号，并输入数字信号处理器；
数字信号处理器判断接收的各个反射信号所需的时间值t以及对应的各个数字信号的电压值V，若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号，并计算出目标物的距离；
其中，T为预置门限时间值，且T≥t1+t2，t2为出厂测试得到的防护罩的最大漫反射信号的时间宽度，t1为所述最大漫反射信号的起始点与对应发射信号的起点之间的延时时间；Thr_mask为第一预置门限电压值，Thr_target为第二预置门限电压值，且Thr_target<Thr_mask，Vmax1<Thr_mask<Vmax2，Vmax1为所述最大漫反射信号的电压值，Vmax2为出厂测试得到的防护罩外部发射光路上紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值；
防护罩经过表面光滑处理、涂层处理以及夹角处理；所述涂层处理使防护罩仅供预定波长的激光信号透射，所述夹角处理使防护罩的镜面反射信号落在接收模块的视野之外，以解决防护罩的镜面反射导致盲区的问题。
因此，本发明可以消除激光雷达盲区的影响，准确计算出目标物的距离。
附图说明
图1是实施例中T、Vmax1、Vmax2的关系示意图。
图2是实施例公开的一种消除激光雷达盲区的测距方法流程示意图。
图3是实施例中目标物距离激光雷达防护罩较远情况下，采用模数转换器进行采样后会产生的采样信号波形示意图。
图4是实施例中目标物距离激光雷达防护罩较近情况下，采用模数转换器进行采样后会产生的采样信号波形示意图。
图5是实施例中目标物距离激光雷达防护罩很近情况下，采用模数转换器进行采样后会产生的采样信号波形示意图。
图6是实施例公开的一种消除激光雷达盲区的测距系统结构示意图。
图7是图6在工作状态下的一种激光雷达光路和防护罩关系示意图。
图8是图6在工作状态下的另一种激光雷达光路和防护罩关系示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。
实施例一
实施例公开的一种消除激光雷达盲区的测距方法，用于具有防护罩的激光雷达，可以理解的是，激光雷达具有发射模块和接收模块。为了消除盲区的影响，提高测距的准确率，本实施例的防护罩采用经过了表面光滑处理、涂层处理以及夹角处理等特殊处理的防护罩；涂层处理使防护罩仅供预定波长的激光信号透射，夹角处理使防护罩的镜面反射信号落在接收模块的视野之外，以解决防护罩的镜面反射导致盲区的问题。
具体的，在系统设计阶段，选定激光雷达的预定波长为L，设计激光雷达的防护罩，例如进行涂层处理，使防护罩仅可供波长为L的激光信号透射，其他波长的光信号均不能透射。防护罩的表面光滑处理是为了尽量减少防护罩的各种反射，但防护罩不可能绝对光滑，发射信号照射在防护罩上仍然会产生透射、镜面反射、漫反射。因此进一步对激光雷达的内部机械结构、防护罩内壁的几何形状进行设计，主要是对夹角进行处理，使防护罩的镜面反射信号落在接收模块的视野之外，这样可以避免由防护罩产生的镜面反射信号直接进入接收模块。然而，不可避免的仍然会有漫反射信号进入接收模块，由于激光雷达的接收模块灵敏度高，防护罩的漫反射信号会被激光雷达的接收模块探测到，本实施例的主要难题在于识别出防护罩的漫反射信号并将其滤除。
本实施例的一种消除激光雷达盲区的测距方法在执行之前(或者说用户正式使用之前)，需要在出厂测试时先获得预置门限时间值T、防护罩的最大漫反射信号的电压值Vmax1以及防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值Vmax2。
请参阅图1，预置门限时间值T以及防护罩的最大漫反射信号的电压值Vmax1的获得：在出厂测试时使用正常工作时的防护罩进行漫反射测试，发射模块发射用于测距的发射信号，接收模块接收反射回来的各个反射信号；从各个反射信号中检测出由防护罩产生的最大漫反射信号，并得到其电压值Vmax1；检测该最大漫反射信号的时间宽度t2，以及该最大漫反射信号的起点与对应发射信号的起点之间的延时时间t1(t1的起点不一定是图1中发射信号的波峰，也可以是该发射信号的起点)，据此得到预置门限时间值T，T≥t1+t2。预置门限时间值T的设定为了用高于防护罩的漫反射的时间门限来滤除防护罩的漫反射。如前所述，防护罩的表面经过光滑处理并且可供预定波长L的激光信号透射，而通常目标物并没有经过类似的特殊处理，因此若接收到的反射信号所需的时间值t小于预置门限时间值T，该目标物的反射信号将会大于Vmax1，由此可以在预置门限时间值T以内设置第一预置门限电压值Thr_mask，可知该Thr_mask>Vmax1。
同样请参阅图1，防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值Vmax2的获得：在出厂测试时进行强反射测试，在防护罩外部发射光路上紧贴防护罩处放置一高反射率测试物(或者使用测试专用防护罩)；发射模块发射用于测距的发射信号，接收模块接收反射回来的各个反射信号；从各个反射信号中检测出由所述高反射率测试物产生的最大反射信号，并得到其电压值Vmax2。由于激光雷达为了探测更远的目标，通常会增加发射模块的功率和接收模块的灵敏度，该高反射率测试物产生的强反射信号通常会使接收模块的电路进入饱和状态，此时可认为Vmax2便是接收模块能够探测到的最大电压值，因此Vmax2>Vmax1,并且可得到Vmax1<Thr_mask<Vmax2。
在预置门限时间值T以内设置第一预置门限电压值Thr_mask是为了滤除预置门限时间值T以内的防护罩的漫反射信号；而针对预置门限时间值T以外的接收到的反射信号可以设置第二预置门限电压值Thr_target，Thr_target<Thr_mask。虽然近处的防护罩上产生的是漫反射信号，但相对于远距离目标反射回来的信号来说，强度仍然很大，因此为了能够探测到远距离的目标物，设置Thr_target<Thr_mask。
请参阅图2，结合图3-图5，基于已获得的预置门限时间值T、防护罩的最大漫反射信号的电压值Vmax1以及防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值Vmax2，实施例公开的一种消除激光雷达盲区的测距方法主要包括以下步骤S10至S30：
S10：发射模块发射用于测距的发射信号后，接收模块接收反射回来的各个反射信号。
S20：判断接收到各个反射信号所需的时间值t以及检测各个反射信号的电压值V；若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号。
S30：基于识别出的目标物反射信号计算出目标物的距离。
本实施例中，若不满足：t<T且V>Thr_mask,且不满足：t>T且V>Thr_target，则可将对应的反射信号滤除。对于t＝T或者V＝Thr_mask、V＝Thr_target等特例可根据需要保留或滤除对应的反射信号。
应用实例
请参阅图3，目标物距离激光雷达防护罩较远，目标物反射信号较弱，采用模数转换器进行采样后会产生如图3所示的采样信号，由于在预置门限时间值T之内Thr_mask>Vmax1，防护罩的漫反射信号被滤除，因此可以根据图3所示的t0计算目标物距离。
请参阅图4，目标物距离激光雷达防护罩较近，目标物反射信号较强，采用模数转换器进行采样后会产生如图4所示的采样信号，由于在预置门限时间值T之内Thr_mask>Vmax1，防护罩的漫反射信号被滤除，因此可以根据图4所示的t0计算目标物距离。
请参阅图5，目标物距离激光雷达防护罩很近，目标物反射信号和防护罩的漫反射信号部分重叠，采用模数转换器进行采样后会产生如图5所示的采样信号，由于在预置门限时间值T之内Vmax1<Thr_mask<Vmax2，防护罩的漫反射信号被滤除，因此可以根据图5所示的t0计算目标物距离。
本实施例中，设定防护罩处的反射信号计算出来的距离为零，根据防护罩之外目标物反射信号便可准确计算出目标物的距离，从而消除了激光雷达盲区的影响。
实施例二
请参阅图6-图8，本实施例公开的一种消除激光雷达盲区的测距系统，包括发射模块10、接收模块20、光电转换器30、模数转换器40、数字信号处理器50以及防护罩60。
发射模块10发射预定波长激光作为发射信号。
接收模块20接收反射回来的各个预定波长的反射信号，并输入光电转换器30。
光电转换器30将反射信号由光信号转为模拟电信号，并输入模数转换器40。
模数转换器40将模块电信号转换为数字信号，并输入数字信号处理器50。
数字信号处理器50判断接收的各个反射信号所需的时间值t以及对应的各个数字信号的电压值V，若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号，并计算出目标物的距离。
其中，T为预置门限时间值，且T≥t1+t2，t2为出厂测试得到的防护罩的最大漫反射信号的时间宽度，t1为所述最大漫反射信号的起始点与对应发射信号的起点之间的延时时间；Thr_mask为第一预置门限电压值，Thr_target为第二预置门限电压值，且Thr_target<Thr_mask，Vmax1<Thr_mask<Vmax2，Vmax1为所述最大漫反射信号的电压值，Vmax2为出厂测试得到的防护罩外部发射光路上紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值。
本实施例中，若不满足：t<T且V>Thr_mask,且不满足：t>T且V>Thr_target，则可将对应的反射信号滤除。对于t＝T或者V＝Thr_mask、V＝Thr_target等特例可根据需要保留或滤除对应的反射信号。
防护罩60经过表面光滑处理、涂层处理以及夹角处理；涂层处理使防护罩60仅供预定波长的激光信号透射，夹角处理使防护罩60的镜面反射信号落在接收模块20的视野之外，以解决防护罩的镜面反射导致盲区的问题。
实施例二的工作原理和有益效果请参考实施例一，这里不再赘述。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种消除激光雷达盲区的测距方法，用于具有防护罩的激光雷达，所述激光雷达具有发射模块和接收模块，其特征在于，包括：
发射模块发射用于测距的发射信号后，接收模块接收反射回来的各个反射信号；
判断接收到各个反射信号所需的时间值t以及检测各个反射信号的电压值V；若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号；
其中，T为预置门限时间值，且T≥t1+t2，t2为出厂测试得到的防护罩的最大漫反射信号的时间宽度，t1为所述最大漫反射信号的起点与对应发射信号的起点之间的延时时间；Thr_mask为第一预置门限电压值，Thr_target为第二预置门限电压值，且Thr_target<Thr_mask，Vmax1<Thr_mask<Vmax2，Vmax1为所述最大漫反射信号的电压值，Vmax2为出厂测试得到的防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值；
基于识别出的目标物反射信号计算出目标物的距离。
2.根据权利要求1所述的消除激光雷达盲区的测距方法，其特征在于，若不满足：t<T且V>Thr_mask,且不满足：t>T且V>Thr_target，则将对应的反射信号滤除。
3.根据权利要求1或2所述的消除激光雷达盲区的测距方法，其特征在于，所述防护罩经过表面光滑处理、涂层处理以及夹角处理；所述涂层处理使防护罩仅供预定波长的激光信号透射，所述夹角处理使防护罩的镜面反射信号落在接收模块的视野之外。
4.根据权利要求3所述的消除激光雷达盲区的测距方法，其特征在于，所述最大漫反射信号的电压值Vmax1的确定如下：
在出厂测试时进行漫反射测试，发射模块发射用于测距的发射信号，接收模块接收反射回来的各个反射信号；
从各个反射信号中检测出由防护罩产生的最大漫反射信号，并得到其电压值Vmax1。
5.根据权利要求4所述的消除激光雷达盲区的测距方法，其特征在于，防护罩外部紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值Vmax2的确定如下：
在出厂测试时进行强反射测试，在防护罩外部发射光路上紧贴防护罩处放置一高反射率测试物；
发射模块发射用于测距的发射信号，接收模块接收反射回来的各个反射信号；
从各个反射信号中检测出由所述高反射率测试物产生的最大反射信号，并得到其电压值Vmax2。
6.一种消除激光雷达盲区的测距系统，其特征在于，包括发射模块、接收模块、光电转换器、模数转换器、数字信号处理器以及防护罩；
发射模块发射预定波长激光作为发射信号；
接收模块接收反射回来的各个预定波长的反射信号，并输入光电转换器；
光电转换器将反射信号由光信号转为模拟电信号，并输入模数转换器；
模数转换器将模块电信号转换为数字信号，并输入数字信号处理器；
数字信号处理器判断接收的各个反射信号所需的时间值t以及对应的各个数字信号的电压值V，若满足：t<T且V>Thr_mask,或者满足：t>T且V>Thr_target，则识别出对应的反射信号为目标物反射信号，并计算出目标物的距离；
其中，T为预置门限时间值，且T≥t1+t2，t2为出厂测试得到的防护罩的最大漫反射信号的时间宽度，t1为所述最大漫反射信号的起始点与对应发射信号的起点之间的延时时间；Thr_mask为第一预置门限电压值，Thr_target为第二预置门限电压值，且Thr_target<Thr_mask，Vmax1<Thr_mask<Vmax2，Vmax1为所述最大漫反射信号的电压值，Vmax2为出厂测试得到的防护罩外部发射光路上紧贴防护罩处的最大反射信号的电压值；
防护罩经过表面光滑处理、涂层处理以及夹角处理；所述涂层处理使防护罩仅供预定波长的激光信号透射，所述夹角处理使防护罩的镜面反射信号落在接收模块的视野之外。
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